PECVD 在多晶硅上沉积氮化硅膜的研究.doc

PECVD 在多晶硅上沉积氮化硅膜的研究 2011-05-24 16:34:49 来源：光伏太阳能网 氮化硅薄膜作为一种新型的太阳电池减反射膜已被工业界认识和应用。应用PECVD(等离子体增强化学气相沉积) 系统, 以硅烷、氨气和氮气为气源在多晶硅片上制备了具有减反射作用的氮化硅薄膜。并研究了在沉积过程中, 衬底温度、硅烷与氨气的流比以及射频功率对薄膜质量的影响。由于氮化硅膜具有良好的绝缘性、致密性、稳定性和对杂质离子的掩蔽能力, 氮化硅薄膜作为多晶硅太阳电池的减反射膜, 可显著地提高电池的转换效率, 还可使生产成本降低。PECVD 法沉积氮化硅薄膜, 沉积温度低、沉积速度快、薄膜质量好、工艺简单、易于工人掌握操作技术。由化学法和PECVD 法制成的氮化硅薄膜的折射率一般可达2.0 左右, 接近太阳电池所要求的最佳折射率(2. 35) , 最为符合太阳电池反射层的要求。一、实验PECVD 氮化硅使用SY2型射频电源等离子台来制备。高频信号发生的频率是13. 56 MHz 。所用气体为高纯氨(99. 999 %) 和高纯氮气、高纯硅烷,实验时气体直接通入炉内, 主要反应气体是高纯氨和高纯硅烷, 氮气主要用来调节系统的真空度和稀释尾气中的硅烷。本实验所用沉积炉为不锈钢体结构, 其炉膛有效容积为0115m3 , 氮化硅薄膜的折射率是用TP-77 型椭偏仪测量。太阳电池的减反射膜,其折射率和厚度要满足ndn =/4 关系式, 即折射率为2. 35 附近为好。因此从生产的角度有必要对膜的特性与工艺参数之间的关系进行研究。二、结果与讨论1、流比的影响从氮化硅(Si3N4) 分子式可知, SiH4/NH3= (332)/(4 17) = 1.4 为理想的质量比, 理想的流比为(1. 4 01599) / 0. 719 = 1. 16。而在实际当中,硅烷的价格是较昂贵的, 因此在生产过程中, 廉价的氨气适当过量以达到硅烷的较大利用率, 而以总体的成本最低, 经济效益最高为目的。前已所述, 氮化硅薄膜的折射率为2. 35 为好。因此流比的选择必须围绕较佳的折射率和较佳的经济效率来考虑。表1 为流比的试验的结果, 沉积时间为60min , 温度为300 , 硅烷的流量不变。 在沉积过程中, 如果硅烷的量比率过大, 反应不完全, 则尾气中的硅烷的含量就较高, 过剩的硅烷会与空气中的氧气进行剧烈的反应, 即有火焰或爆破声, 这对于生产操作不利, 且也白白浪费硅烷, 同样氨气和氮气的过量也会造成浪费。因此,综合考虑, 流比选择为Si/ N = 1/ 2 。 2、沉积时间的影响沉积时间的这个参数直接影响着膜的质量和生产的效益, 适宜的沉积时间的选择也是必要的。表2 是通过改变沉积时间来选择较佳的沉积时间。沉积时流比为1/2 。表2 中显示, 沉积15 min 已足矣, 因此, 沉积时间为15 min 即可。 3、总流量的影响由表2 可知, 沉积时间虽然只有15 min , 但沉积的量还是过多。要减少沉积的量由两种途径, 其一是再减少沉积的时间, 但须在较短时间里沉积足够的量, 虽然可节约时间, 生产周期短, 但快速成膜质量不易得到保证。其二是降低气体的流量,表3 是考察总流量的变化对成膜质量的影响。其流比仍然为1/ 2 。 在适宜的工作条件下, 流量过大会造成过量的沉积和气体的浪费, 不足则会造成沉积量不够, 沉积的膜较薄。总之, 流量过大或过小都会影响膜的质量。表3 已显示出适当的流量可沉积出质量较佳的薄膜。对于单片来说, 我们采用Si/N 为16.7/ 27.8 即可。 沉积温度对于, 功耗大, 炉丝易烧断, 以其相联的线路也会受其影响。沉积温度太低, 沉积的薄膜质量无保证。因此, 单片沉积时, 我们可采用250350 。5、功率的影响由表5 可以得出, 单片沉积时, 射频功率太低时不利于沉积出高质量的薄膜, 且由于功率太低, 反应物离解不完全, 造成反应物浪费, 还影响工人操作。因此, 在沉积单片时, 采用140 W 以上是有利于沉积单化硅薄膜的。 三、结论PECVD 制氮化硅膜做